WO2013056904A1 - Betätigungseinrichtung zum betätigen von schaltelementen - Google Patents

Betätigungseinrichtung zum betätigen von schaltelementen Download PDF

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valve
switching
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Matthias Reisch
Ralf Dreibholz
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    • Y10T74/19219—Interchangeably locked
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Definitions

  • the invention relates to an actuating device for actuating at least one switchable via a switching device switching element according to the preamble of claim 1 and the use of the actuating device.
  • the gears by switching elements d. H. Clutches or brakes, designed as slats lenschaltiata or claw switching elements, connected.
  • the circuit is usually hydraulic, d. H. via switching devices in the form of piston / cylinder units, which are supplied with pressure oil.
  • the pressure oil is conveyed by a pump and fed via oil feeds from the transmission housing via so-called rotary oil feeds into the rotating gear shaft and from there to the switching devices.
  • the performance of the transmission oil pump, sealing points, pressure drop in the supply lines and leakage incur losses that burden the transmission efficiency.
  • the problem of this invention is to keep the losses caused by the hydraulic circuit, in particular by the circuit as low as possible, thereby achieving the highest possible transmission efficiency.
  • a particular problem is that the oil pressure in a hydraulic cylinder with a closed switching element, the so-called closing pressure, constantly tracked, d. H. must be maintained in order to transmit the required torque in the switching element can. This pressure must be applied by the hydraulic pump, which is driven by the engine of the motor vehicle, causing losses.
  • a hydraulically switchable plate switching element which is locked in the closed state, ie mechanically transmitted by a locking device during torque transmission.
  • the locking device is designed as a shut-off valve, which is arranged in the feed region of the hydraulic cylinder.
  • the pressure chamber of the cylinder is shut off to the pump and to maintain the contact pressure maintained in the disk pack required pressure.
  • the transmission oil pump is relieved when the switching element is closed.
  • a synchronization for a manual transmission wherein a loose wheel via an arranged in a gear shaft actuator, designed as a cylinder / piston unit, is switchable.
  • the cylinder of the actuator has two pressure medium lines, in which shut-off valves are arranged, through which the pressure prevailing in the cylinder can be maintained without the pump has to absorb power.
  • the object of the invention is to provide an actuator of the type mentioned with minimal losses, especially when used in transmissions.
  • the shut-off valve which maintains the closing pressure in the pressure chamber of the switching device, rotatably connected to at least one switching element and electrically controllable, wherein the electrical energy can be supplied without contact.
  • the contactless energy transfer is preferably carried out on an inductive basis, wherein a stationary primary coil and a co-rotating secondary coil can be provided. This avoids plug connections and mechanical friction losses for the energy supply
  • the switching device is hydraulically or pneumatically actuated, d. h is not limited to a print medium.
  • the switching device is designed as a bellows, which can be filled with a pressure medium.
  • the bellows forms a closed pressure chamber, in which no seals are required. This results in the advantage of an absolute tightness and by the elimination of an efficiency gain.
  • the closing pressure in the bellows is maintained by the shut-off valve.
  • the at least one switching device is designed as a piston / cylinder unit, which can be acted upon by a liquid or gaseous pressure medium.
  • the piston is designed as an annular piston.
  • the switching force generated by the switching device to the switching element, z. B. a multi-plate clutch can be transmitted.
  • the shut-off valve forms a component or a part of an actuator which additionally comprises an electric motor and a valve spindle which moves a valve closing member which provides a movement thread.
  • the actuator also called actuator
  • the actuator comprises a drive part - here the electric motor - and a valve part (closing element) - here the valve closing element with valve spindle.
  • the shut-off valve is part of an actuator, which comprises a magnetic coil, an armature and a valve tappet, which actuates the valve closing member.
  • an actuator thus operates as a solenoid valve with purely translational movement. As a result, a higher closing speed or a higher valve dynamics is achieved at a lower cost.
  • an electronic control device also called electronic module
  • the co-rotating electronic module accommodates electronic components such as a secondary coil for contactless energy transmission and also parts of the actuators.
  • the electronic module represents a largely pre-assembled unit.
  • a function carrier is connected to the at least one switching element, in which movable parts of the actuator are accommodated and arranged to float in a hydraulic fluid.
  • the average density of the moving parts is approximated to the average density of the hydraulic fluid, preferably a hydraulic or gear oil.
  • This can be achieved for example by hollow construction (anchor hollow shaft) or lightweight construction (plastic or light metal materials).
  • an energy store is provided in the force flow between the actuator and the switching element, which has the function of compensating for a decreasing switching force. This is a possible slippage of the switching element, for. B. a multi-plate clutch avoided.
  • the energy storage can be used as an elastic member, for. B. be designed as a plate spring and / or as an elastic annular piston.
  • the shut-off valve fluid is supplied via a rotary transformer, d. H. a device for transferring the fluid from a stationary to a rotating component.
  • a single rotary transformer supplies a plurality of shut-off valves and associated switching devices with fluid, thereby reducing the number of rotary joints causing friction and leakage losses.
  • Several switching elements can thus be selectively operated with only one pressure control valve and only one rotary transformer.
  • the rotary transformer is subjected to a pressure level which corresponds to a lubricant pressure level, for example with a lubricating oil pressure of 0.3 bar.
  • a pressure level which corresponds to a lubricant pressure level, for example with a lubricating oil pressure of 0.3 bar.
  • the electronic module and the at least one switching device is associated with a non-contact path measuring device with a displacement sensor and a slave.
  • the displacement sensor can preferably be connected to an annular piston of a switching device, for. B. a multi-plate clutch can be arranged.
  • pressure or force sensors can be provided.
  • the shift quality can be improved and a creeping pressure loss detected and tracked in the switching device, without resulting in a change in driving behavior.
  • a pressure accumulator is provided, which is filled up by an intermittently running electric pump.
  • hydraulic fluid can be provided at a constant pressure level and the driving power of the hydraulic pump can be reduced.
  • the actuating device described above is advantageously used for transmissions, in particular automatic transmissions in motor vehicles. Thereby, the overall efficiency of the transmission can be improved.
  • Fig. 1 shows an axial section of an actuating device according to the invention
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram for the actuation of switching elements
  • FIG. 3 shows an electronic module for accommodating actuators
  • Fig. 4 shows an axial section through the switching elements with non-contact path measuring device and Fig. 5 is designed as a bellows switching device as a further embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows an actuating device according to the invention for an automatic transmission of a motor vehicle with a transmission shaft 1, on which a so-called function carrier 2 is rotatably arranged with a rotation axis a.
  • a total of three switching elements are connected, namely a first multi-plate clutch 3, a second multi-plate clutch 4 and a dog clutch 5.
  • the switching elements 3, 4, 5 are hydraulically actuated switching devices, designed as piston / cylinder units 6, 7, 8 assigned ,
  • the switching devices 6, 7 each have an annular ring cylinder designed as a pressure chamber 6a, 7a, which are arranged in the function carrier 2.
  • the switching elements 3, 4, 5 are the drive side connected by a common combined slats / claw carrier 9, the raclamellenlement 9a with respect to the first multi-plate clutch 9 with respect to the second multi-plate clutch 4 as inner disc carrier 9a and with respect to the dog clutch 5 as a claw carrier 9c.
  • the output side of the first multi-plate clutch 3 has an inner disk carrier 3a, which is connected to a cylindrical output member 1 0.
  • the dog clutch 5 is connected to a further cylindrical output member 1 1.
  • the second multi-plate clutch 4 has an outer plate carrier 4a, which forms the third output member 1 2.
  • the first multi-plate clutch 3 is operated via a first annular piston 1 3, and the second multi-plate clutch 4 is actuated via a second annular piston 14, while the dog clutch 5 is actuated via a plurality of arranged on the circumference of the functional carrier 2 switching arms 1 5.
  • the combined slats / jaws carrier 9 is fixedly connected to the function carrier 2 via a connecting element 1 6, so that the drive sides of the three switching elements 3, 4, 5 are connected via the function carrier 2 with the transmission shaft 1.
  • the function carrier 2 is thus also a carrier of the switching elements 3, 4, 5.
  • a shut-off valve 17 which controls the pressure oil supply to the pressure chamber 7a of the switching device 7, is arranged in the function carrier 2, which comprises two interconnected bodies 2a, 2b.
  • a so-called rotary oil supply 19 also called rotary transformer, is provided, ie the Drucköi is passed from a housing-fixed channel 20 in an annular groove 21 in the transmission shaft 1. From there, the pressure oil passes through a radial bore 22, an axial bore 23 and a further radial bore 24 in an oil passage 25 of the function carrier 2 and from there into the shut-off valve 17. From the shut-off valve 17, a pressure oil passage 26 leads into the pressure chamber 7a.
  • the shut-off valve 17 is electrically operated, in the illustrated embodiment by an electric motor 27, which is in an annular electronic control unit 28, also called Elektronikmodui 28, is arranged.
  • the electronic module 28, which has even more functions, is the subject of a separate patent application simultaneously filed with the applicant with the internal file reference ZF 003896. The subject of this simultaneous application is fully incorporated in the disclosure of the present application.
  • the shut-off valve 17 in conjunction with the electric motor 27 forms an actuator, also called actuator.
  • the shut-off valve 17 has a rotary spindle 17a and a valve closing member 17b connected to it via a movement thread.
  • the rotary spindle 17a is connected to a hollow shaft 17c on which an armature of the electric motor 27 not provided with a reference numeral is disposed.
  • the moving parts of the actuator such as the rotary spindle 17a and the hollow shaft 17c, which are arranged parallel to the rotation axis a, are subject to a centrifugal force effect at rotating function carrier 2 and are therefore arranged floating in the pressure oil, whereby a buoyancy force directed against the centrifugal force is generated. Due to the design of the movable valve components in terms of shape and material, the centrifugal force can be compensated.
  • the electronic module 28, in particular the electric motor 27 receives its electrical energy and its signals for closing and opening the shut-off valve 17 on an inductive basis: this, on the one hand, a housing-side, ie stationary primary coil 29 and on the other hand, a arranged in the rotating electronic module 28 secondary coil 30 is provided.
  • the actuating device preferably has a force accumulator, which is arranged in the power flow between the actuator or shut-off valve 17 and switching element 4 (and also between other actuators and switching elements) and acts as an energy reserve with decreasing contact pressure in the disk set.
  • the energy storage as an elastic member, for. B. may be formed as a plate spring, wherein the plate spring may also be integrated into the annular piston 14.
  • FIG. 2 shows a detail of a hydraulic circuit diagram for the switching devices 6, 7, 8 according to FIG. 1, which are assigned to the switching elements 3, 5, 7 according to FIG.
  • the switching device, d. H. the piston / cylinder unit 7 is the shut-off valve 17 associated with FIG. 1.
  • the switching devices 6, 8 are each assigned shut-off valves 31, 32.
  • the reference numeral 19 denotes according to FIG. 1 a rotary oil supply (also called a rotary transformer), d. H. the oil transfer from the housing into the rotating gear shaft.
  • An electric motor-driven intermittent transmission oil pump 33, called pump 33 for short, delivers pressure oil into a pressure accumulator 34, from which the pressure oil is fed via pressure control valves 35, 36 to the rotary oil transmitter 19 and another rotary oil transmitter 37.
  • the switching device 6 While the switching device 6 is supplied via its own rotary oil supply 37, the two switching devices 7, 8 are connected in parallel behind the rotary oil transfer 19, d. H. they have a common rotary oil transfer 19 - this can be saved another afflicted with losses rotary oil transfer.
  • Each switching device 6, 7, 8 is thus controlled by its own shut-off valve 31, 17, 32, so that the closing pressure in the pressure chamber can be maintained with the clutch closed, without the accumulator 34 are tapped or the pump 33 must deliver power.
  • the rotary oil transfer 19, 37 are applied with closed pressure control valves with lubricating oil pressure, so that they suck no air bubbles.
  • the lubricating oil pressure of approx. 1.5 bar is available in the gearbox.
  • Fig. 3 shows the electronic module 28 as a separate unit in a perspective view, wherein two shut-off valves, the shut-off valve 17 shown in Fig. 1 and another identical shut-off valve 38, are shown in section.
  • the electronics Module 28 has an annular housing 39, which is closed by a cover 40 to the outside.
  • the stator of the electric motor 27 is arranged (same reference numerals as in Fig. 1 are used for the same parts).
  • connecting pieces 41 are integrally formed, via which the electronic module 28 is connected to the body 2a of the function carrier 2 (see FIG. At the same time there is a seal of the housing 39 relative to the oil chamber in the body 2a of the function carrier 2 by O-rings 42.
  • shut-off valves In the drawing, four shut-off valves, two with the reference numbers 17, 38 and two others without reference numbers can be seen. Overall, therefore, six shut-off valves can be arranged on the circumference of the electronic module 28.
  • the rotary spindle 17a and the hollow shaft 17c run in oil: on the one hand they are subject to a centrifugal force effect and, on the other hand, experience buoyancy, which is determined by the weight of the displaced oil quantity.
  • the armature shaft 17c In order to achieve the greatest possible buoyancy, the armature shaft 17c is hollow.
  • materials with a low specific weight are preferably used in order to keep the centrifugal force effect low.
  • the hollow shaft 17c is mounted twice.
  • a secondary winding 30 is arranged within the electronics module 28 in the radially inner region, which is in operative connection with the primary winding (see FIG.
  • FIG. 4 shows a further axial section through the function carrier 2 and the switching elements 3, 4 (the same reference numerals as in FIG. 1 are used for the same parts).
  • a non-contact path measuring device 43 which operates, for example, by the method of a differential transformer.
  • the displacement measuring device 43 comprises an annular piston 13 of the Wennele- Mentes 3 attached encoder pin 44 and arranged on the electronics module 28, cup-shaped trained Nehmerteil 45, in which the encoder pin 44 dips.
  • Several such path measuring devices can be arranged on the circumference of the electronic module 28.
  • Fig. 5 shows, as a further embodiment of the invention, a switching element 46 with a plate pack 47, which receives the required pressure for a torque transmission by a bellows 48.
  • the interior of the bellows 48 which is supported on the one hand on the disk set 47 and on the other hand on the housing of the switching element 46, is filled via a feed line 49 with a pressure medium, pressurized oil or compressed air.
  • a shut-off valve is arranged, which maintains the closing pressure in the bellows 48 with the clutch closed and thus ensures the transmission of a constant torque.
  • An advantage of the bellows is that no sealing elements in the form of piston rings or O-rings are required and that no leakage occurs.
  • the bellows 48 can be accommodated directly in the switching element 46, whereby an annular piston and a pressure chamber in the function carrier 2 (see Fig. 1) omitted.
  • the function carrier is designed as a multi-function carrier and can thus take on other functions, eg. B. the inclusion of cooling and lubricating oil valves for controlling a cooling oil flow for the Lamellenschaltele- elements, which can thus be cooled as needed.
  • a lubricating oil valve arranged in the function carrier is the subject of a simultaneously filed patent application of the applicant with the internal file reference ZF 003895, which is hereby incorporated in full in the disclosure content of the present application.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen von zumindest einem über eine Schalteinrichtung (6, 7, 8) schaltbaren Schaltelement (3, 4, 5), wobei die Schalteinrichtung (6, 7, 8) einen Druckraum (6a, 7a, 8a) mit einer Zuführung (26) für ein Druckmedium sowie ein Absperrventil (17) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass das Absperrventil (17) elektrisch ansteuerbar, drehfest mit dem mindestens einen Schaltelement (3, 4, 5) verbunden und dass die elektrische Energie zur Betätigung des Absperrventils (17) berührungslos zuführbar ist.

Description

Betätiqunqseinrichtunq zum Betätigen von Schaltelementen
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen von zumindest einem über eine Schalteinrichtung schaltbaren Schaltelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie die Verwendung der Betätigungseinrichtung.
Bei heutigen Kraftfahrzeuggetrieben, insbesondere Automatgetrieben werden die Gänge durch Schaltelemente, d. h. Kupplungen oder Bremsen, ausgebildet als Lamel- lenschaltelemente oder Klauenschaltelemente, geschaltet. Die Schaltung erfolgt in der Regel hydraulisch, d. h. über Schalteinrichtungen in Form von Kolben/ Zylinder- Einheiten, welche mit Drucköl beaufschlagt werden. Das Drucköl wird von einer Pumpe gefördert und über Ölzuführungen vom Getriebegehäuse über so genannte Drehölzu- führungen, in die rotierende Getriebewelle und von dieser zu den Schalteinrichtungen geführt. Durch den Hydraulikkreislauf, d. h. die Leistung der Getriebeölpumpe, Dichtstellen, Druckabfall in den Zuführleitungen und Leckage entstehen Verluste, die den Getriebewirkungsgrad belasten. Das Problem dieser Erfindung besteht darin, die durch den Hydraulikkreislauf, insbesondere durch die Schaltung verursachte Verluste möglichst gering zu halten, um dadurch einen möglichst hohen Getriebewirkungsgrad zu erzielen. Ein besonderes Problem besteht darin, dass der Öldruck in einem Hydraulikzylinder bei einem geschlossenen Schaltelement, der so genannte Schließdruck, laufend nachgeführt, d. h. aufrecht erhalten werden muss, um das erforderliche Drehmoment in dem Schaltelement übertragen zu können. Dieser Druck muss von der Hydraulikpumpe, die vom Motor des Kraftfahrzeuges angetrieben wird, aufgebracht werden, wodurch Verluste verursacht werden.
Durch die DE 102 05 41 1 A1 der Anmelderin wurde ein hydraulisch schaltbares Lamellenschaltelement bekannt, welches in geschlossenem Zustand, d. h. bei Drehmomentübertragung mechanisch durch eine Sperreinrichtung verriegelt wird. Dadurch wird die Anpresskraft zwischen den Lamellen aufrechterhalten, ohne dass ein hydraulischer Druck wirken muss - die Getriebeölpumpe wird dadurch entlastet. In einer nicht dargestellten Variante ist die Sperreinrichtung als Absperrventil ausgebildet, welches im Zuführbereich des Hydraulikzylinders angeordnet ist. Damit wird der Druckraum des Zylinders zur Pumpe hin abgesperrt und der zur Aufrechterhaltung des Anpressdruckes im Lamellenpaket erforderliche Druck aufrechterhalten. Somit ist auch bei dieser Variante die Getriebeölpumpe bei geschlossenem Schaltelement entlastet.
Durch die DE 10 2006 049 283 A1 der Anmelderin wurde eine Synchronisierung für ein Schaltgetriebe bekannt, wobei ein Losrad über einen in einer Getriebewelle angeordneten Aktor, ausgebildet als Zylinder/ Kolben-Einheit, schaltbar ist. Der Zylinder des Aktors weist zwei Druckmittelleitungen auf, in welchen Absperrventile angeordnet sind, durch welche der im Zylinder herrschende Druck aufrechterhalten werden kann, ohne dass die Pumpe Leistung aufnehmen muss.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Betätigungseinrichtung der eingangs genannten Art mit möglichst geringen Verlusten zu schaffen, insbesondere bei Verwendung in Getrieben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist das Absperrventil, welches den Schließdruck im Druckraum der Schalteinrichtung aufrechterhält, drehfest mit mindestens einem Schaltelement verbundenen und elektrisch ansteuerbar, wobei die elektrische Energie berührungslos zuführbar ist. Die berührungslose Energieübertragung erfolgt vorzugsweise auf induktiver Basis, wobei eine ortsfeste Primärspule und eine mitrotierende Sekundärspule vorgesehen sein können. Damit werden Steckverbindungen und mechanische Reibungsverluste für die Energiezufuhr vermieden
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schalteinrichtung hydraulisch oder pneumatisch betätigbar, d. h nicht nur auf ein Druckmedium beschränkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schalteinrichtung als Faltenbalg ausgebildet ist, der mit einem Druckmedium befüllbar ist. Der Faltenbalg bildet einen geschlossenen Druckraum, bei welchem keine Dichtungen erforderlich sind. Daraus ergibt sich der Vorteil einer absoluten Dichtheit und durch den Fortfall von Dich- telementen ein Wirkungsgradgewinn. Der Schließdruck im Faltenbalg wird durch das Absperrventil aufrechterhalten.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schalteinrichtung als Kolben/ Zylinder-Einheit ausgebildet, welche von einem flüssigen oder gasförmigen Druckmedium beaufschlagt werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben als Ringkolben ausgebildet. Damit kann die von der Schalteinrichtung erzeugte Schaltkraft auf das das Schaltelement, z. B. eine Lamellenkupplung übertragen werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet das Absperrventil eine Komponente oder einen Teil eines Aktuators, welcher zusätzlich einen Elektromotor und eine Ventilspindel umfasst, welche ein mit einem Bewegungsgewinde versehendes Ventilschließglied bewegt. Durch den Spindel/ Mutter-Antrieb kann ein relativ hoher Schließdruck für das Absperrventil erreicht werden. Definitionsgemäß umfasst der Ak- tuator (auch Aktor genannt) einen Antriebsteil - hier den Elektromotor - und einen Ventilteil (Schließorgan) - hier das Ventilschließglied mit Ventilspindel.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Absperrventil Teil eines Aktuators, welcher eine Magnetspule, einen Anker und einen Ventilstößel umfasst, welcher das Ventilschließglied betätigt. Diese Ausführungsform eines Aktuators arbeitet somit wie ein Magnetventil mit rein translatorischer Bewegung. Dadurch wird eine höhere Schließgeschwindigkeit bzw. eine höhere Ventildynamik bei geringeren Kosten erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem mindestens einen Schaltelement eine elektronische Steuereinrichtung, auch Elektronikmodul genannt, befestigt. In dem mitrotierenden Elektronikmodul sind elektronische Komponenten wie eine Sekundärspule zur berührungslosen Energieübertragung und auch Teile der Aktu- atoren aufgenommen. Das Elektronikmodul stellt eine weitestgehend vormontierbare Einheit dar. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mit dem mindestens einen Schaltelement ein Funktionsträger verbunden, in welchem bewegliche Teile des Aktua- tors aufgenommen und schwimmend in einer Hydraulikflüssigkeit angeordnet sind. Damit wird eine Fliehkraftkompensation erreicht: Die beweglichen Teile wie z. B. Ventilspindel, Ankerwelle und Ventilschließglied erfahren durch die Hydraulikflüssigkeit einen Auftrieb, welcher der Wirkrichtung der Fliehkraft entgegen gerichtet ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die mittlere Dichte der beweglichen Teile an die mittlere Dichte der Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise ein Hydraulik- oder Getriebeöl angenähert. Dies kann beispielsweise durch Hohlbauweise (Ankerhohlwelle) oder Leichtbauweise (Kunststoff- oder Leichtmetallwerkstoffe) erreicht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Kraftfluss zwischen Ak- tuator und Schaltelement ein Kraftspeicher vorgesehen, welcher die Funktion hat, eine nachlassende Schaltkraft zu kompensieren. Damit wird ein etwaiges Durchrutschen des Schaltelementes, z. B. einer Lamellenkupplung vermieden. Der Kraftspeicher kann als elastisches Glied, z. B. als Tellerfeder und/oder als elastischer Ringkolben ausgebildet sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dem Absperrventil Fluid über einen Drehübertrager zugeführt, d. h. eine Einrichtung zur Übergabe des Fluids von einem ortsfesten an ein rotierendes Bauteil. Vorteilhafterweise versorgt dabei ein einzelner Drehübertrager mehrere Absperrventile und diesen zugeordnete Schalteinrichtungen mit Fluid, wodurch die Anzahl der Reibungs- und Leckageverluste verursachenden Drehübertrager reduziert wird. Mehrere Schaltelemente können somit wahlweise mit nur einem Druckregelventil und nur einem Drehübertrager betätigt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Drehübertrager mit einem Druckniveau beaufschlagt, welches einem Schmierdruckniveau entspricht, beispielsweise mit einem Schmieröldruck von 0,3 bar. Damit wird erreicht, dass der Drehübertrager bei geschlossenem Druckregelventil, wenn also kein Druck am Drehübertrager anliegt, keine Luftblasen zieht. Luftblasen im Hydrauliksystem würden ein reprodu- zierbares Regelverhalten beeinträchtigen. Im Falle eines Getriebes steht ein Schmierdruckniveau ohnehin zur Verfügung.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist dem Elektronikmodul und der mindestens einen Schalteinrichtung eine berührungslose Wegmesseinrichtung mit einem Weggeber und einem Nehmer zugeordnet. Der Weggeber kann vorzugsweise an einem Ringkolben einer Schalteinrichtung, z. B. einer Lamellenkupplung angeordnet sein. Darüber hinaus können Druck- oder Kraftsensoren vorgesehen werden. Damit kann der jeweilige Betriebszustand des Schaltelementes (offen, geschlossen oder Zwischenstellungen) erfasst werden. Die Schaltqualität kann dadurch verbessert und ein schleichender Druckverlust in der Schalteinrichtung erkannt und nachgeführt werden, ohne dass dies zu einer Veränderung des Fahrverhaltens führt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Druckspeicher vorgesehen, welcher von einer intermittierend laufenden Elektropumpe aufgefüllt wird.
Dadurch können Hydraulikflüssigkeit auf konstantem Druckniveau bereitgestellt und die Antriebsleistung der Hydraulikpumpe verringert werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben beschriebene Betätigungseinrichtung vorteilhaft für Getriebe, insbesondere Automatgetriebe in Kraftfahrzeugen verwendet. Dadurch kann der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes verbessert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung mit
Absperrventil und Schaltelementen für ein Getriebe,
Fig. 2 ein Hydraulikschaltschema für die Betätigung von Schaltelementen, Fig. 3 ein Elektronikmodul zur Aufnahme von Aktuatoren,
Fig. 4 einen Axialschnitt durch die Schaltelemente mit berührungsloser Wegmesseinrichtung und Fig. 5 eine als Faltenbalg ausgebildete Schalteinrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung für ein Automatgetriebe eines Kraftfahrzeuges mit einer Getriebewelle 1 , auf welcher drehfest ein so genannter Funktionsträger 2 mit einer Rotationsachse a angeordnet ist. Mit dem Funktionsträger 2 sind insgesamt drei Schaltelemente verbunden, nämlich eine erste Lamellenkupplung 3, eine zweite Lamellenkupplung 4 sowie eine Klauenkupplung 5. Den Schaltelementen 3, 4, 5 sind hydraulisch betätigbare Schalteinrichtungen, ausgebildet als Kolben/ Zylinder-Einheiten 6, 7, 8 zugeordnet. Die Schalteinrichtungen 6, 7 weisen jeweils einen ringförmigen als Druckraum 6a, 7a ausgebildeten Ringzylinder auf, welche im Funktionsträger 2 angeordnet sind. Die Schaltelemente 3, 4, 5 sind antriebseitig durch einen gemeinsamen kombinierten Lamellen/Klauen-Träger 9 verbunden, der bezüglich der ersten Lamellenkupplung 9 als Au ßenlamellenträger 9a bezüglich der zweiten Lamellenkupplung 4 als Innenlamellenträger 9a und bezüglich der Klauenkupplung 5 als Klauenträger 9c ausgebildet ist. Die Abtriebsseite der ersten Lamellenkupplung 3 weist einen Innenlamellenträger 3a auf, der mit einem zylinderförmigen Abtriebsglied 1 0 verbunden ist. Die Klauenkupplung 5 ist mit einem weiteren zylinderförmigen Abtriebsglied 1 1 verbunden. Die zweite Lamellenkupplung 4 weist einen Au ßenlamellenträger 4a auf, welcher das dritte Abtriebsglied 1 2 bildet. Die erste Lamellenkupplung 3 wird über einen ersten Ringkolben 1 3, und die zweite Lamellenkupplung 4 wird über einen zweiten Ringkolben 14 betätigt, während die Klauenkupplung 5 über mehrere auf dem Umfang des Funktionsträgers 2 angeordnete Schaltarme 1 5 betätigt wird. Der kombinierte Lamellen/ Klauen-Träger 9 ist mit dem Funktionsträger 2 über ein Verbindungselement 1 6 dreh fest verbunden, sodass die Antriebsseiten der drei Schaltelemente 3, 4, 5 über den Funktionsträger 2 mit der Getriebewelle 1 verbunden sind. Der Funktionsträger 2 ist somit auch Träger der Schaltelemente 3, 4, 5.
Erfindungsgemäß ist in dem Funktionsträger 2, welcher zwei miteinander verbundene Körper 2a, 2b umfasst, ein Absperrventil 17 angeordnet, welches die Drucköl- zufuhr zum Druckraum 7a der Schalteinrichtung 7 kontrolliert. Zwischen einem schematisch dargestellten Getriebegehäuse 18 und der Getriebewelle 1 ist eine so genannte Drehölzuführung 19, auch Drehübertrager genannt, vorgesehen, d. h. das Drucköi wird von einem gehäusefesten Kanal 20 in eine Ringnut 21 in der Getriebewelle 1 übergeben. Von dort gelangt das Drucköl über eine Radialbohrung 22, eine Axialbohrung 23 und eine weitere Radialbohrung 24 in einen Ölkanal 25 des Funktionsträgers 2 und von dort in das Absperrventil 17. Vom Absperrventil 17 führt ein Druckölkanal 26 in den Druckraum 7a. Die Druckölzufuhr zu den weiteren Druckräumen 6a, 8a der Schalteinrichtungen 6, 8 ist teilweise gestrichelt dargestellt - die zugehörigen Absperrventile sind in dieser Schnittdarstellung nicht sichtbar, da sie in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Grundsätzlich ist jede Schalteinrichtung 6, 7, 8 mit einem Absperrventil ausgestattet - wie auch unten stehend aus der Erläuterung von Fig. 2 hervorgeht.
Das Absperrventil 17 wird elektrisch betätigt, im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Elektromotor 27, der in einem ringförmig ausgebildeten elektronischen Steuergerät 28, auch Elektronikmodui 28 genannt, angeordnet ist. Das Elektronikmodul 28, welches noch weitere Funktionen aufweist, ist Gegenstand einer separaten zeitgleich eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen ZF 003896. Der Gegenstand dieser zeitgleichen Anmeldung wird vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen. Das Absperrventil 17 in Verbindung mit dem Elektromotor 27 bildet einen Aktuator, auch Aktor genannt. Das Absperrventil 17 weist eine Drehspindel 17a und ein mit ihr über ein Bewegungsgewinde verbundenes Ventilschließglied 17b auf. Die Drehspindel 17a ist mit einer Hohlwelle 17c verbunden, auf welcher ein nicht mit einer Bezugszahl versehener Anker des Elektromotors 27 angeordnet ist. Die beweglichen Teile des Aktuators wie die Drehspindel 17a sowie die Hohlwelle 17c, die parallel zur Rotationsachse a angeordnet sind, unterliegen bei rotierendem Funktionsträger 2 einer Fliehkraftwirkung und sind daher schwimmend im Drucköl angeordnet, wodurch eine der Fliehkraft entgegen gerichtete Auftriebskraft erzeugt wird. Durch die Ausbildung der beweglichen Ventilkomponenten hinsichtlich Form und Werkstoff kann die Fliehkraft kompensiert werden. Das Elektronikmodul 28, insbesondere der Elektromotor 27 erhält seine elektrische Energie sowie seine Signale zum Schließen und Öffnen des Absperrventils 17 auf induktiver Basis: hierzu sind einerseits eine gehäuseseitige, d. h. ortsfeste Primärspule 29 und andererseits eine im rotierenden Elektronikmodul 28 angeordnete Sekundärspule 30 vorgesehen. Weitere Einzelheiten des Elektronikmoduls 28 werden im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 3 erläutert. Die Betätigungseinrichtung weist vorzugsweise einen Kraftspeicher auf, welcher im Kraftfluss zwischen Aktuator bzw. Absperrventil 17 und Schaltelement 4 (und ebenso zwischen weiteren Aktuatoren und Schaltelementen) angeordnet ist und als Energiereserve bei nachlassender Anpresskraft im Lamellenpaket wirkt. Bevorzugt kann der Kraftspeicher als elastisches Glied, z. B. als Tellerfeder ausgebildet sein, wobei die Tellerfeder auch in den Ringkolben 14 integriert sein kann.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Hydraulikschaltplan für die Schalteinrichtungen 6, 7, 8 gemäß Fig. 1 , welche den Schaltelementen 3, 5, 7 gemäß Fig. 1 zugeordnet sind. Der Schalteinrichtung, d. h. der Kolben/Zylinder-Einheit 7 ist das Absperrventil 17 gemäß Fig. 1 zugeordnet. Den Schalteinrichtungen 6, 8 sind jeweils Absperrventile 31 , 32 zugeordnet. Mit der Bezugszahl 19 ist entsprechend Fig. 1 eine Drehölzu- führung (auch Drehübertrager genannt) bezeichnet, d. h. die Ölübergabe vom Gehäuse in die rotierende Getriebewelle. Eine elektromotorisch intermittierend angetriebene Getriebeölpumpe 33, kurz Pumpe 33 genannt, fördert Drucköl in einen Druckspeicher 34, von dem aus das Drucköl über Druckregelventile 35, 36 dem Drehölübertrager 19 und einem weiteren Drehölübertrager 37 zugeführt wird. Während die Schalteinrichtung 6 über eine eigene Drehölzuführung 37 versorgt wird, sind die beiden Schalteinrichtungen 7, 8 hinter dem Drehölübertrager 19 parallel geschaltet, d. h. sie weisen einen gemeinsamen Drehölübertrager 19 auf - dadurch kann ein weiterer mit Verlusten behafteter Drehölübertrager eingespart werden. Jede Schalteinrichtung 6, 7, 8 wird somit durch ein eigenes Absperrventil 31 , 17, 32 kontrolliert, sodass der Schließdruck im Druckraum bei geschlossener Kupplung aufrechterhalten werden kann, ohne dass der Druckspeicher 34 angezapft werden oder die Pumpe 33 Leistung abgeben muss.
Die Drehölübertrager 19, 37 werden bei geschlossenen Druckregelventilen mit Schmieröldruck beaufschlagt, damit diese keine Luftblasen ansaugen. Der Schmieröldruck in Höhe von ca. 1 ,5 bar ist im Getriebe vorhanden.
Fig. 3 zeigt das Elektronikmodul 28 als separate Baueinheit in perspektivischer Darstellung, wobei zwei Absperrventile, das in Fig. 1 dargestellte Absperrventil 17 sowie ein weiteres identisches Absperrventil 38, im Schnitt dargestellt sind. Das Elektronik- modul 28 weist ein ringförmig ausgebildetes Gehäuse 39 auf, welches durch einen Deckel 40 nach außen abgeschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 39 ist der Stator des Elektromotors 27 angeordnet (es werden gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 für gleiche Teile verwendet). Am Gehäuse 39 sind Anschlussstutzen 41 angeformt, über welche das Elektronikmodul 28 mit dem Körper 2a des Funktionsträgers 2 (vgl. Fig. 1 ) verbunden wird. Gleichzeitig erfolgt eine Abdichtung des Gehäuses 39 gegenüber dem Ölraum im Körper 2a des Funktionsträgers 2 durch O-Ringe 42. In der Zeichnung sind vier Absperrventile, zwei mit den Bezugszahlen 17, 38 und zwei weitere ohne Bezugszahlen erkennbar. Insgesamt können also sechs Absperrventile auf dem Umfang des Elektronikmoduls 28 angeordnet werden. Wie bereits oben ausgeführt, laufen die Drehspindel 17a und die Hohlwelle 17c in Öl: sie unterliegen einerseits einer Fliehkraftwirkung und erfahren andererseits einen Auftrieb, welcher durch das Gewicht der verdrängten Ölmenge bestimmt wird. Um einen möglichst großen Auftrieb zu erreichen, ist die Ankerwelle 17c hohl ausgebildet. Zusätzlich werden bevorzugt Werkstoffe mit geringem spezifischem Gewicht verwendet, um die Fliehkraftwirkung gering zu halten. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Hohlwelle 17c zweifach gelagert. Anstelle des Elektromotors 27 zur Erzeugung einer Drehbewegung kann auch ein Magnet in Verbindung mit einem Ventilstößel, nach Art eines Magnetventils verwendet werden. Die translatorische Bewegung des Ventilstößels wird dann direkt auf das Schließglied übertragen. Wie bereits oben erwähnt, erfolgt die Übertragung von elektrischer Energie auf induktiver Basis: hierfür ist innerhalb des Elektronikmoduls 28 im radial innen liegenden Bereich eine Sekundärwicklung 30 angeordnet, welche mit der hier nicht dargestellten Primärwicklung (vgl. Fig. 1 ) in Wirkverbindung steht.
Weitere Einzelheiten über Aufbau und Wirkungsweise des Elektronikmoduls 28 sind der zeitgleich eingereichten Anmeldung der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen ZF 003896, wie oben erwähnt, zu entnehmen.
Fig. 4 zeigt einen weiteren Axialschnitt durch den Funktionsträger 2 und die Schaltelemente 3, 4 (es werden für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet). Am Elektronikmodul 28 ist eine berührungslose Wegmesseinrichtung 43 angeordnet, welche beispielsweise nach der Methode eines Differenzialtransformators arbeitet. Die Wegmesseinrichtung 43 umfasst einen am Ringkolben 13 des Schaltele- mentes 3 befestigten Geberzapfen 44 und ein am Elektronikmodul 28 angeordnetes, napfartig ausgebildetes Nehmerteil 45, in welches der Geberzapfen 44 eintaucht. Es können mehrere solcher Wegmesseinrichtungen auf dem Umfang des Elektronikmoduls 28 angeordnet werden.
Darüber hinaus können - was nicht dargestellt ist - zusätzlich Druck- und/ oder Kraftsensoren vorgesehen werden, deren Signale von der elektronischen Steuereinrichtung 28 aufgenommen werden.
Fig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Schaltelement 46 mit einem Lamellenpaket 47, welches durch einen Faltenbalg 48 den für eine Drehmomentübertragung erforderlichen Anpressdruck erhält. Das Innere des Faltenbalgs 48, der sich einerseits am Lamellenpaket 47 und andererseits am Gehäuse des Schaltelements 46 abstützt, wird über eine Zuführleitung 49 mit einem Druckmedium, Drucköl- oder Druckluft, befüllt. Im Bereich der Zuführleitung 49 ist - was nicht dargestellt ist - ein erfindungsgemäßes Absperrventil angeordnet, welches bei geschlossener Kupplung den Schließdruck im Faltenbalg 48 aufrechterhält und damit für die Übertragung eines konstanten Drehmoments sorgt. Vorteilhaft bei dem Faltenbalg ist, dass keine Dichtelemente in Form von Kolbenringen oder O-Ringen erforderlich sind und dass keine Leckage auftritt. Darüber hinaus kann der Faltenbalg 48 direkt im Schaltelement 46 untergebracht werden, wodurch ein Ringkolben und ein Druckraum im Funktionsträger 2 (vgl. Fig. 1 ) entfallen.
Wie oben erwähnt, ist der Funktionsträger als Multifunktionsträger ausgebildet und kann somit noch weitere Funktionen übernehmen, z. B. die Aufnahme von Kühl- und Schmierölventilen zur Steuerung eines Kühlölstromes für die Lamellenschaltele- mente, die somit bedarfsgerecht gekühlt werden können. Ein im Funktionsträger angeordnetes Schmierölventil ist Gegenstand einer zeitgleich eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen ZF 003895, welche hiermit vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Bezuqszeichen
Getriebewelle
Funktionsträger
a Körper
b Körper
erstes Schaltelement
a Innenlamellenträger
zweites Schaltelement
a Au ßenlamellenträger
drittes Schaltelement
Schalteinrichtung
a Druckraum
Schalteinrichtung
a Druckraum
Schalteinrichtung
a Druckraum
Lamellen/Klauen-Träger
a Au ßenlamellenträger
b Innenlamellenträger
c Klauenträger
0 Abtriebsglied
1 Abtriebsglied
2 Abtriebsglied
3 erster Ringkolben
4 zweiter Ringkolben
5 Schaltarm
6 Verbindungselement
7 Absperrventil
7a Drehspindel
7b Schließglied
7c Hohlwelle
8 Getriebegehäuse Drehölzuführung
Ölkanal
Ringnut
Radialbohrung
Axialbohrung
Radialbohrung
Ölkanal
Ölkanal
Elektromotor
Elektronikmodul
Primärspule
Sekundärspule
Absperrventil
Absperrventil
Hydraulikpumpe
Druckölspeicher
Druckregelventil
Druckregelventil
Drehölübertrager
Absperrventil
Gehäuse (Elektronikmodul)
Deckel
Anschlussstutzen
O-Ringe
Wegmesseinrichtung
Weggeber (Geberzapfen)
Nehmer
Schaltelement
Lamellenpaket
Faltenbalg
Druckleitung
Rotationsachse

Claims

Patentansprüche
1 . Betätigungseinrichtung zum Betätigen von zumindest einem über eine Schalteinrichtung (6, 7, 8; 48) schaltbaren Schaltelement (3, 4, 5), wobei die Schalteinrichtung (6, 7, 8; 48) einen Druckraum (6a, 7a, 8a) mit einer Zuführung (26; 49) für ein Druckmedium sowie ein Absperrventil (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (17) elektrisch ansteuerbar, drehfest mit dem mindestens einen Schaltelement (3, 4, 5) verbunden und dass die elektrische Energie zur Betätigung des Absperrventils (17) berührungslos zuführbar ist.
2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (6, 7, 8) hydraulisch betätigbar ist.
3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (48) pneumatisch betätigbar ist.
4. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung als Faltenbalg (48) ausgebildet ist.
5. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung als Kolben/ Zylinder-Einheit (6, 7, 8) ausgebildet ist.
6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als Ringkolben (13, 14, 15) ausgebildet ist.
7. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (17) Teil eines Aktuators ist und der Aktuator einen Elektromotor (27) und eine Ventilspindel (17a) umfasst.
8. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (17) Teil eines Aktuators und als Magnetventil ausgebildet ist.
9. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem mindestens einen Schaltelement (3, 4, 5) ein elektronisches Steuergerät (28) verbunden ist.
10. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektronischen Steuergerät (28) Teile (27) der Aktuatoren aufnehmbar sind.
1 1 . Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bewegliche Teile (17a, 17b, 17c) des Aktuators in einem drehfest mit dem mindestens einen Schaltelement (3, 4, 5) verbundenen Funktionsträger (2) aufgenommen und in einer Hydraulikflüssigkeit schwimmend angeordnet sind.
12. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dichte der beweglichen Teile (17a, 17b, 17c) des Aktuators durch geeignete Werkstoffauswahl und/oder geometrische Gestaltung der Dichte der Hydraulikflüssigkeit angenähert ist.
13. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen Aktuator und Schaltelement (3, 4, 5) ein elastisches Glied als Kraftspeicher angeordnet ist.
14. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Absperrventil (17) und der zugeordneten Schalteinrichtung (7) Fluid über einen Drehübertrager (19) zuführbar ist und dass mindestens eine weitere Schalteinrichtung (8) respektive das zugeordnete Absperrventil (32) an denselben Drehübertrager (19) anschließbar sind.
15. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drehübertrager (19) Hydraulikflüssigkeit mit einem Druckniveau, welches einem Schmierdruckniveau entspricht, zuführbar ist.
1 6. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuergerät (28) eine berührungslose Wegmesseinrichtung (43) mit einem Weggeber (44) und einem Nehmer (45) aufweist.
17. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber (44) am Ringkolben (13) des Schaltelementes (3) befestigt ist.
18. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Schalteinrichtung (6, 7, 8) ein Drucksensor zur Erfassung des Schaltdruckes zugeordnet ist.
19. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung der Schaltelemente (3, 4, 5) über einen Druckspeicher (34), der von einer intermittierend fördernder Elektropum- pe (33) füllbar ist, bereitgestellt wird.
20. Verwendung einer Betätigungseinrichtung zum Betätigen von zumindest einem über eine Schalteinrichtung (6, 7, 8; 48) schaltbaren Schaltelement (3, 4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Getriebe für Kraftfahrzeuge.
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